KR101961944B1 - Transparent ceramic, method for manufacturing same, and magneto-optical device - Google Patents

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아키라 야하기
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    • C04B2235/9653Translucent or transparent ceramics other than alumina

Abstract

산화테르븀(화학식: Tb2O3)을 몰비로 40% 이상과, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스에 있어서, (1) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정 구조가 입방정 이외의 이상을 포함하지 않고, (2) 평균 결정 입자 직경이 0.5∼100㎛의 범위에 있고, (3) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하는 투명 세라믹스. 본 발명에 따른 투명 세라믹스는 기존의 테르븀갈륨가넷 등과 같은 단결정 재료와 동등 또는 그 이상의 성능을 갖는 자기 광학 소자를 제공할 수 있다. 광학 손실, 광학적 균일성에서도, 복굴절 성분이 대단히 적고, 산란도 대단히 적고, 500nm 이상 1.5㎛ 이하의 적외선 영역에서의 광 아이솔레이터에서의 기능 소자를 제공할 수 있다. A ceramics comprising, as a main component, at least one oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxide, terbium oxide (Tb 2 O 3 ) in a molar ratio of at least 40% (2) the average crystal grain diameter is in the range of 0.5 to 100 占 퐉; (3) the crystal structure of the above-mentioned ceramics of the terephthalate type has an abnormality other than the cubic crystal Wherein the sintering aid does not precipitate. The transparent ceramics according to the present invention can provide a magneto-optical device having a performance equal to or higher than that of a single crystal material such as a conventional terbium gallium garnet. It is possible to provide a functional device in an optical isolator in an infrared region in which the birefringence component is extremely small and scattering is extremely small and the wavelength is 500 nm or more and 1.5 占 퐉 or less even in optical loss and optical uniformity.

Description

투명 세라믹스, 그 제조 방법 및 자기 광학 디바이스{TRANSPARENT CERAMIC, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND MAGNETO-OPTICAL DEVICE}TRANSPARENT CERAMIC, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND MAGNETO-OPTICAL DEVICE,

본 발명은 광 아이솔레이터 등의 자기 광학 디바이스를 구성하는데 사용되는, 자기 광학 디바이스용으로서 유효한 투명 세라믹스 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transparent ceramics which is effective for a magneto-optical device, which is used for constructing a magneto-optical device such as an optical isolator, and a method of manufacturing the same.

또한 본 발명은 패러데이 회전자 및 광 아이솔레이터 등의 자기 광학 디바이스에 관한 것이다. The present invention also relates to a magneto-optical device such as a Faraday rotator and an optical isolator.

최근, 레이저 가공기의 진전에 따라, 광과 자기와의 상호작용을 이용한 자기 광학 디바이스가 주목받고 있다. 그 하나로, 아이솔레이터가 있지만, 이것은 레이저광원으로부터 발진한 광이 도중의 광학계에서 반사되어 광원으로 되돌아오면, 레이저광원으로부터 발진한 광을 요란시켜, 불안정한 발진 상태가 되는 현상을 억제하는 것이다. 그 때문에 이 작용을 이용하여, 광 아이솔레이터는 레이저광원과 광학 부품 사이에 배치하여 이용되고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, a magneto-optical device using the interaction between light and magnet has been attracting attention as the laser processing machine progresses. One of them is an isolator, which suppresses the phenomenon that the light emitted from the laser light source is reflected by the optical system in the middle and returns to the light source, causing the light emitted from the laser light source to propagate and becoming an unstable oscillation state. Therefore, by using this action, the optical isolator is disposed between the laser light source and the optical component.

광 아이솔레이터는 패러데이 회전자와, 패러데이 회전자의 광 입사측에 배치된 편광자와, 패러데이 회전자의 광출사측에 배치된 검광자의 3개의 부품을 갖는다. 광 아이솔레이터는, 패러데이 회전자에 광의 진행방향에 평행하게 자계를 가한 상태에서, 광이 패러데이 회전자에 입사되면, 패러데이 회전자 중에서 편광면이 회전한다고 하는 성질, 소위 패러데이 효과를 이용한다. 즉, 입사광 중에서, 편광자와 동일한 편광면을 갖는 광이 편광자를 통과하여, 패러데이 회전자에 입사된다. 이 광은 패러데이 회전자 중에서, 광의 진행방향에 대하여, 플러스 45도 회전되어, 출사된다. The optical isolator has three components: a Faraday rotator, a polarizer disposed on the light incident side of the Faraday rotator, and an analyzer disposed on the light exit side of the Faraday rotator. The optical isolator utilizes the so-called Faraday effect that the polarization plane rotates in the Faraday rotator when the light is incident on the Faraday rotator in a state where a magnetic field is applied parallel to the traveling direction of the light to the Faraday rotator. That is, in the incident light, light having the same polarization plane as that of the polarizer passes through the polarizer and is incident on the Faraday rotator. This light is rotated by plus 45 degrees with respect to the traveling direction of the light in the Faraday rotator, and is emitted.

이에 반해, 입사방향과 역방향으로부터 패러데이 회전자에 입사되는 귀환광(return light)은, 최초에 검광자를 통과할 때에, 검광자와 동일한 편광면을 갖는 성분의 광만이 검광자를 투과하여, 패러데이 회전자에 입사된다. 다음에 패러데이 회전자 중에서, 귀환광의 편광면이 최초의 플러스 45도로부터 플러스 45도 더 회전되기 때문에, 편광자와 플러스 90도의 직각의 편광면으로 되어, 귀환광은 편광자를 투과할 수 없게 된다. On the other hand, the return light incident on the Faraday rotator from the direction of incidence passes through the analyzer only when the light having the same polarization plane as that of the analyzer passes through the analyzer for the first time, . Next, in the Faraday rotator, since the polarization plane of the return light is further rotated by plus 45 degrees from the first plus 45 degrees, it becomes a polarization plane perpendicular to the polarizer and plus 90 degrees, and the return light can not transmit the polarizer.

패러데이 회전각 θ는 하기 식 (A)로 표시된다. The Faraday rotation angle? Is expressed by the following equation (A).

θ=V×H×L (A)? = V 占 H 占 L (A)

식 (A) 중, V는 베르데 상수이고 패러데이 회전자의 재료로 결정되는 상수이며, H는 자속밀도, L은 패러데이 회전자의 길이이다. 광 아이솔레이터로서 사용하는 경우에는, θ=45도가 되도록, L을 결정한다. In the equation (A), V is a Verdet constant and a constant determined by the material of the Faraday rotator, H is the magnetic flux density, and L is the length of the Faraday rotator. When used as an optical isolator, L is determined so that? = 45 degrees.

상기한 바와 같은 광 아이솔레이터의 패러데이 회전자로서 사용되는 재료에서는, 패러데이 효과가 크고, 또한 그 사용하는 파장에서, 투과율이 높은 것이 중요하다. In the material used as the Faraday rotator of the optical isolator as described above, it is important that the Faraday effect is large and the transmittance is high at the wavelength used.

또한 입사한 광과 상이한 편광 성분이 출사광 내에 생기면, 이 상이한 편광 성분은 편광자를 투과하므로, 귀환광의 차단이 불충분하게 된다. Further, when a polarized light component different from the incident light is generated in the emitted light, the different polarized light components pass through the polarizer, so that the blocking of the returned light becomes insufficient.

이 상이한 편광 성분의 발생 상태의 평가로서는 패러데이 회전자로서 사용할 수 있는 재료에 대하여, 0도∼90도의 편광을 입사하고, 출사광은 편광자를 통하여 수광기에 입사되고, 수광기에서 광의 강도를 측정하고, 최대값(Imax)과 최소값(Imin)으로부터, 소광비(S)를 다음 식으로 계산하여 평가한다. As the evaluation of the state of occurrence of these different polarized components, polarized light of 0 degree to 90 degrees is applied to a material usable as a Faraday rotator, the emitted light is incident on a light receiver through a polarizer, And the extinction ratio S is calculated from the maximum value Imax and the minimum value Imin by the following equation and evaluated.

S = -10 log (Imin/Imax) [단위 dB]S = -10 log (Imin / Imax) [unit dB]

소광비는 큰 것이 중요하며, 일반적으로는 30dB 이상이 요구되고 있다. It is important that the extinction ratio is large, and generally, 30 dB or more is required.

최근, 그 재료로서 일본 특개 2010-285299호 공보(특허문헌 1)에서는, 베르데 상수가 큰 소재로서 (TbxRe1 -x)2O3:0.4≤x≤1.0의 산화물 단결정 및 투명 산화물 세라믹스가 개시되어 있다. Recently, as a material thereof, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-285299 (Patent Document 1) discloses an oxide single crystal and transparent oxide ceramics of (Tb x Re 1 -x ) 2 O 3 : Lt; / RTI >

또한 일본 특허 제4033451호 공보(특허문헌 2)에서, 일반식 R2O3(R: 희토류 원소)으로 표시되는 희토류 산화물은 그 결정구조가 입방정이며 복굴절이 없다. 그 때문에 기공이나 불순물의 편석을 완전히 제거함으로써 투명성이 우수한 소결체를 얻는 것이 가능하다고 기재되어 있다. Further, in Japanese Patent No. 4033451 (Patent Document 2), the rare-earth oxide represented by the general formula R 2 O 3 (R: rare-earth element) has a cubic crystal structure and no birefringence. Therefore, it is described that it is possible to obtain a sintered body having excellent transparency by completely removing segregation of pores and impurities.

또한 일본 특개 평5-330913호 공보(특허문헌 3)에서 개시되어 있는 바와 같이, 기공을 제거하기 위해서는 소결 조제의 첨가가 유효하다. 일본 특허 제2638669호 공보(특허문헌 4)에 있는 바와 같이, 열간 등방가압 성형 공정의 뒤에 재소결을 행하고, 기공을 제거하는 방법도 개시되어 있다. 소결 조제로서 일본 특개 평5-330913호 공보(특허문헌 5) 등에서 개시되어 있는 소결 조제를 하나 또는 복수 가하고, 혼합 성형하고, 하소한 후에, 진공하에서 소결하고, 또한 HIP 처리하여, 제조한다. Further, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 5-330913 (Patent Document 3), addition of a sintering auxiliary agent is effective for removing pores. As disclosed in Japanese Patent No. 2638669 (Patent Document 4), a method of re-sintering after the hot isostatic pressing step and removing pores is also disclosed. As a sintering aid, one or a plurality of sintering aids as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 5-330913 (Patent Document 5) are added, mixed, molded, sintered under vacuum, and subjected to HIP treatment.

그러나, 일본 특개 2010-285299호 공보(특허문헌 6)에서, (TbxRe1 -x)2O3:0.4≤x≤1.0의 투명 산화물 세라믹스는, 기본적으로, 결정구조가 입방정이지만, 소결 조제를 넣음으로써 소결 조제와 주성분이 반응하여, 입방정과는 상이한 상이 결정립 내 또는 입계에 석출됨으로써, 약간 복굴절을 나타내는 경우가 있었다. 그 때문에 소광비가 저하되는 경우가 있었다. However, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-285299 (Patent Document 6), transparent oxide ceramics of (Tb x Re 1 -x ) 2 O 3 : 0.4? X? 1.0 basically have a cubic crystal structure, The sintering assistant reacts with the main component, and a phase different from the cubic phase precipitates in the grain boundaries or in the grain boundaries, resulting in some cases of birefringence. Therefore, the extinction ratio may be lowered.

또한 그 석출물은, 1㎛ 이하의 미소한 크기이기 때문에, 레이저광을 조사하면, 그곳에서 레이저광이 산란되고, 산란에 의해, 삽입 손실이 저하되는 경우가 있었다. Further, since the precipitate has a minute size of 1 μm or less, when the laser beam is irradiated, the laser beam is scattered there, and the insertion loss is sometimes lowered by scattering.

또한 세라믹스를 소결할 때에, 주성분인 (TbxRe1 -x)2O3의 조성이나 소결 조제의 농도가 세라믹스의 내부와 외주부에서 편석이 생기고, 세라믹스면 내에 소광비나 삽입 손실의 편차(차이)가 생기고 있었다. When the ceramics are sintered, the composition of the main component (Tb x Re 1 -x ) 2 O 3 and the concentration of the sintering auxiliary agent are segregated in the inside and the outside of the ceramics, and the deviation of the extinction ratio and the insertion loss .

일본 특개 2010-285299호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-285299 일본 특허 제4033451호 공보Japanese Patent No. 4033451 일본 특개 평5-330913호 공보Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5-330913 일본 특허 제2638669호 공보Japanese Patent No. 2638669 일본 특개 평5-330913호 공보Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5-330913 일본 특개 2010-285299호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-285299

본 발명의 목적은 파장 1.06㎛ 영역(0.9∼1.1㎛)에서의 베르데 상수가 큰 산화테르븀을 포함하는 희토류 산화물의, 자기 광학 재료에 유효한 투명 세라믹스로서, 면 내에서, 균일하고 투명성이 높고, 산란이 적고, 그 때문에 삽입 손실을 작게 할 수 있고, 또한 소광비를 크게 할 수 있음으로써, 자기 광학 재료의 특성을 향상시키는 것을 가능하게 하는 투명 세라믹스 및 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 가공기용 파이버 레이저에 적합하게 사용되는 고품질의 자기 광학 디바이스를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a transparent ceramics which is effective for a magneto-optical material of a rare-earth oxide containing terbium oxide having a large Verde constant at a wavelength of 1.06 mu m (0.9-1.1 mu m), has high uniformity and transparency in a plane, Optical ceramics and a method for producing the transparent ceramics, which can reduce the insertion loss and increase the extinction ratio, thereby making it possible to improve the properties of the magneto-optical material. It is still another object of the present invention to provide a high-quality magneto-optical device suitably used for a fiber laser for a processing machine.

테르븀 산화물과 희토류(스칸듐, 이트륨, 란탄, 유로퓸, 가돌리늄, 이테르븀, 홀뮴 및 루테튬) 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스는 산란이 생기기 쉬워, 삽입손실이 커져, 반대로 소광비가 작아지기 때문에, 광학 특성이 엄격한 요구가 있는 광 아이솔레이터 등의 광학 재료에 응용하는 것이 극히 곤란하다. Ceramics containing terbium oxide and rare earths (scandium, yttrium, lanthanum, europium, gadolinium, ytterbium, holmium and lutetium) oxides as main components are easily scattered and have a large insertion loss and conversely have a small extinction ratio. It is extremely difficult to apply it to an optical material such as an optical isolator.

이에 반해, 본 발명에서는, (1) 소결성이 우수한 특정 입도 분포를 갖는 출발원료를 사용하고, (2) 소결성이 좋고, 또한 세라믹스의 결정구조를 입방정으로 유지할 수 있는 소결 조제를 사용하고, (3) 최적온도로 진공 소결 또는 산소를 포함하지 않는 비산화성 분위기에서 소결시키고, HIP(Hot Isostatic Press: 열간 등방압 가공)을 행하고, (4) 상기 (3)에서 얻어진 소결체를 가압 소성함으로서써, 산란의 원인이 되는 이상(異相) 석출물 또는 기공을 저감시킴으로써 조성 변동이 적은 광학적으로 균일한, 희토류 산화물을 주성분으로 하는 광학 세라믹스를 제공할 수 있었던 것이다. On the other hand, in the present invention, it is preferable to use a starting material having a specific particle size distribution which is excellent in sintering property, (2) a sintering aid which has good sinterability and can maintain the crystal structure of the ceramics at cubic, (4) sintering the sintered body obtained in the above (3) by pressurizing and sintering so as to obtain scattering It is possible to provide an optically uniform optical rare-earth oxide-based optical ceramics having less fluctuation of the composition by reducing precipitates or pores which cause a large amount of crystal grains.

즉, 본 발명은 하기의 투명 세라믹스, 그 제조 방법 및 그 투명 세라믹스를 사용한 자기 광학 소자를 제공한다. That is, the present invention provides the following transparent ceramics, a process for producing the same, and a magneto-optical device using the transparent ceramics.

[1][One]

산화테르븀(화학식: Tb2O3)을 몰비로 40% 이상과, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스에 있어서,A ceramics mainly composed of at least one oxide selected from ytterbium oxide, scandium oxide and lanthanide rare-earth oxide, terbium oxide (Tb 2 O 3 ) in a molar ratio of 40% or more,

(1) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조가 입방정 이외의 이상을 포함하지 않고,(1) the crystal structure of the terephthalate-based ceramics does not contain any abnormality other than cubic crystal,

(2) 평균 결정 입자 직경이 0.5∼100㎛의 범위에 있고,(2) the average crystal grain diameter is in the range of 0.5 to 100 mu m,

(3) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에 있어서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.(3) A transparent ceramics characterized by containing a sintering aid which does not precipitate a crystal other than cubic crystal in the crystal structure of the above-mentioned terephthalate-based ceramics.

[2][2]

소결 조제가 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물인 [1]에 기재된 투명 세라믹스.The transparent ceramics according to [1], wherein the sintering aid is an oxide, fluoride or nitride of an element selected from titanium, zirconium, hafnium and calcium.

[3][3]

두께 10mm의 시료의 두께 방향에 있어서,In the thickness direction of the sample having a thickness of 10 mm,

(1) 파장 1,000nm에서의 직선 투과율이 70% 이상이며,(1) a linear transmittance at a wavelength of 1,000 nm is 70% or more,

(2) 파장 600nm에서의 직선 투과율이 55% 이상인(2) a linear transmittance of at least 55% at a wavelength of 600 nm

[1] 또는 [2]에 기재된 투명 세라믹스.The transparent ceramics described in [1] or [2].

[4][4]

파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에 있어서의 단면의 반사 손실을 포함하는 삽입 손실이 1.2dB 이하인, [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스.The transparent ceramics described in any one of [1] to [3], wherein an insertion loss including a reflection loss at a cross section in a plane of 90% or more of a measurement plane at a wavelength of 1,065 nm is 1.2 dB or less.

[5][5]

파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에 있어서의 소광비가 30dB 이상인, [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스.The transparent ceramics described in any one of [1] to [4], wherein the extinction ratio in the plane of not less than 90% of the measurement surface is not less than 30 dB at a wavelength of 1,065 nm.

[6][6]

두께 10mm에 있어서의 측정면의 90% 이상의 영역에서의 투과파면 측정시의 굴절률 분포가 파장 633nm에서 5×10-5 이내인 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스.The transparent ceramics described in any one of [1] to [5], wherein the refractive index distribution at the time of measurement of the transmission wave front in the region of 90% or more of the measurement surface at a thickness of 10 mm is within 5 × 10 -5 at a wavelength of 633 nm.

[7][7]

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,A method for producing a transparent ceramics,

(1) (a) 산화테르븀,(1) (a) terbium oxide,

(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,(b) at least one oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides,

(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제(c) a sintering aid which does not precipitate the crystal other than the cubic crystal in the crystal structure of the terephthalate-based ceramics

를 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 각 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써 성형체를 얻는 제 1 공정,A first step of pulverizing and mixing each raw material powder having an average primary particle diameter of 30 to 2,000 nm and then molding to obtain a molded article,

(2) 상기 성형체를 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소함으로써 하소체를 얻는 제 2 공정,(2) a second step of calcining the shaped body at 200 to 1,000 DEG C in a non-oxidative or oxidative atmosphere to obtain a calcined body,

(3) 상기 하소체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,(3) a third step of obtaining a sintered body by firing the calcined body at 1,400 to 1,700 DEG C in a non-

(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력에서 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정(4) The fourth step of obtaining the pressure-fired body by pressure-firing the sintered body at a pressure of 19 to 196 MPa at 1,400 to 1,800 占 폚

을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.Wherein the transparent ceramics has a thickness of from about 1 to about 10 nm.

[8][8]

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,A method for producing a transparent ceramics,

(1) (a) 산화테르븀,(1) (a) terbium oxide,

(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,(b) at least one oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides,

(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제(c) a sintering aid which does not precipitate the crystal other than the cubic crystal in the crystal structure of the terephthalate-based ceramics

를 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 각 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소한 분말을 성형함으로써 성형체를 얻는 제 1 공정,And a powder having a mean primary particle diameter of 30 to 2,000 nm is pulverized and mixed, and then calcined at 200 to 1,000 占 폚 in a non-oxidizing or oxidizing atmosphere to obtain a compact ,

(2) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 2 공정,(2) a second step of obtaining a sintered body by firing the molded body at 1,400 to 1,700 DEG C in a non-

(3) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 3 공정(3) a third step of pressurizing and firing the sintered body at a pressure of 19 to 196 MPa at 1,400 to 1,800 ° C to obtain a pressure-

을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.Wherein the transparent ceramics has a thickness of from about 1 to about 10 nm.

[9][9]

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,A method for producing a transparent ceramics,

(1) (d) 테르븀 이온,(1) (d) terbium ions,

(e) 이트륨 이온, 스칸듐 이온 및 란타나이드 희토류 이온으로부터 선택되는 적어도 1종의 희토류 이온(e) at least one rare earth ion selected from yttrium ions, scandium ions and lanthanide rare earth ions

을 포함하는 수용액을 공침, 여과, 하소시킴으로써 미리 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 혼합 분말을 제작하는 제 1 공정으로서, 상기 혼합 분말은 산화테르븀을 몰비로 40% 이상 포함함과 아울러, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 산화물을 포함하는 제 1 공정,Wherein the mixed powder contains terbium oxide in a molar ratio of 40% or more, and the mixed powder has an average primary particle diameter of 30 to 2,000 nm by coprecipitation, filtration and calcination, A first process comprising an oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides,

(2) 상기 혼합 분말과, 소결 조제로서 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써, 성형체를 얻는 제 2 공정,(2) a second step of grinding and mixing the mixed powder and an oxide, fluoride or nitride of an element selected from titanium, zirconium, hafnium and calcium as a sintering aid,

(3) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,(3) a third step of obtaining a sintered body by firing the molded body at 1,400 to 1,700 DEG C in a non-

(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정(4) Fourth step of obtaining the pressure-sintered body by pressure-baking the sintered body at a pressure of 19 to 196 MPa at 1,400 to 1,800 占 폚

을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.Wherein the transparent ceramics has a thickness of from about 1 to about 10 nm.

[10][10]

가압 소성체를 얻은 후, 이것을 산소를 포함하지 않는 분위기하에 1,500∼2,000℃에서 어닐링하는 청구항 [7], [8] 또는 [9]에 기재된 제조 방법.A production method according to claim 7, 8 or 9, wherein the pressure-fired sintered body is obtained and then annealed at 1,500 to 2,000 ° C in an atmosphere containing no oxygen.

[11][11]

[1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스를 사용하여 구성되어 있는 자기 광학 디바이스.A magneto-optical device comprising the transparent ceramics described in any one of [1] to [6].

[12][12]

[1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 투명 세라믹스가 패러데이 회전 소자로서 사용되는 자기 광학 디바이스.A magneto-optical device in which the transparent ceramics described in any one of [1] to [6] is used as a Faraday rotation element.

[13][13]

[12]에 기재된 자기 광학 디바이스에 있어서, 패러데이 회전 소자의 전후에 편광 재료를 구비하고 있는, 파장 1,065nm의 파장 영역에서 사용되는 광 아이솔레이터용의 자기 광학 디바이스.The magneto-optical device according to [12], wherein the magneto-optical device is used in a wavelength region of 1,065 nm with a polarizing material before and after the Faraday rotator.

본 발명에 따른 투명 세라믹스는 일본 특개 2010-285299호 공보에서 보고되어 있는 동조성 세라믹스에서는 얻어지지 않았던, 가시∼적외선 영역에서 우수한 광학 특성이 얻어지게 되어, 기존의 테르븀갈륨가넷 등과 같은 단결정 재료와 동등 또는 그 이상의 성능을 갖는 자기 광학 소자를 제공할 수 있다. The transparent ceramics according to the present invention can obtain excellent optical characteristics in the visible to infrared region, which is not obtained in the tunable ceramics reported in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2010-285299, and is superior to the conventional single crystal materials such as terbium gallium garnet It is possible to provide a magneto-optical device having a higher performance.

또한 광학 손실, 광학적 균일성에서도, 종래의 세라믹스 재료보다도 우수하므로, 복굴절 성분이 대단히 적고, 산란도 대단히 적어, 약 500nm 이상 1.5㎛ 이하의 적외선 영역에서의 광 아이솔레이터에서의 기능 소자를 제공할 수 있다. Further, optical loss and optical uniformity are superior to those of conventional ceramics materials, so that a birefringent component is extremely small and scattering is extremely small, and a functional device in an optical isolator in an infrared region of about 500 nm or more and 1.5 μm or less can be provided .

도 1은 다결정 투명 희토류 산화물 세라믹스의 제조 방법의 1 예를 도시하는 플로우시트이다.
도 2는 투명 세라믹스의 투과율 측정 프로필이다.
도 3은 아이솔레이터의 개념도이다.
1 is a flow sheet showing an example of a method for producing polycrystalline transparent rare earth oxide ceramics.
2 is a transmittance measurement profile of transparent ceramics.
3 is a conceptual diagram of an isolator.

투명 세라믹스Transparent ceramics

본 발명의 투명 세라믹스는 산화테르븀(화학식: Tb2O3)을 몰비로 40% 이상과, 파장 1.065㎛에서 흡수가 1% 이하인 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물을 주성분으로 하는 세라믹스로서, The transparent ceramics of the present invention comprises at least one selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides having a molar ratio of terbium oxide (Tb 2 O 3 ) of 40% or more and an absorption of 1% or less at a wavelength of 1.065 μm As ceramics containing oxides as a main component,

(1) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조가 입방정 이외의 이상을 포함하지 않고,(1) the crystal structure of the terephthalate-based ceramics does not contain any abnormality other than cubic crystal,

(2) 평균 결정 입자 직경이 0.5∼100㎛의 범위에 있고,(2) the average crystal grain diameter is in the range of 0.5 to 100 mu m,

(3) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에 있어서의 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하는(3) A sintering aid composition containing a sintering auxiliary agent which does not precipitate a crystal other than the cubic phase in the crystal structure of the above-mentioned terephthalate-based ceramics

것을 특징으로 한다. .

이 경우, (a) 산화테르븀과 (b) 산화물은 그 총합을 몰비로 1(100몰%)로 한 경우, (a) 산화테르븀은 40몰% 이상, 바람직하게는 40∼60몰%이며, 잔부가 (b) 성분인 산화물이다. 실질적으로는 본 발명의 세라믹스는 상기 (a), (b) 성분과 소결 조제로 이루어지는 것이다. In this case, when (a) terbium oxide and (b) oxide have a total content of 1 (100 mol%) as a molar ratio, (a) terbium oxide is 40 mol% or more, preferably 40 to 60 mol% And the remainder is the oxide (b). Practically, the ceramics of the present invention are composed of the components (a) and (b) and the sintering auxiliary agent.

산화테르븀 단체에서는 1,400∼1,600℃ 부근에서 입방정으로부터 단사정으로 상전이 하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 산화테르븀을 포함하는 희토류 산화물의 세라믹스를 소결할 때에, 1,400∼1,600℃에서 행하기 때문에, 반드시, 소결시 혹은 냉각시에 단사정으로부터 입방정으로 상전이를 일으켜 버린다. 따라서, 이 상전이를 하지 않고, 단사정이 일부 남아 버리면, 그 부분이 이상으로서 석출물이 되어, 산란의 원인이 된다. 또한 단사정은, 이방성이 있으므로, 복굴절을 나타내게 된다. 그래서, 단사정으로부터 입방정으로 원활하게 상전이할 수 있는 소결 조제를 첨가하는 것이 좋다. 그 소결 조제로서 티탄, 지르코늄, 하프늄 등의 4A족 원소, 칼슘, 그리고 스칸듐, 이트륨, 파장 1.06㎛ 부근에 흡수가 보이지 않는 란타나이드 원소 등을 사용해도 된다. It is known that the terbium oxide phase undergoes phase transition from cubic to monoclinic at around 1,400 to 1,600 ° C. Therefore, when ceramics of rare earth oxides containing terbium oxide are sintered at 1,400 to 1,600 DEG C, the phase transition is necessarily caused in the cubic phase from sintering or cooling. Therefore, if the phase transition does not occur and a part of the monoclinic crystal remains, the portion becomes an ideal precipitate, which causes scattering. Further, since the uniaxiality is anisotropic, birefringence is exhibited. Therefore, it is preferable to add a sintering auxiliary agent capable of smooth phase transition from cubic to cubic. As the sintering aid, a 4A group element such as titanium, zirconium, or hafnium, calcium, scandium, or yttrium, or a lanthanide element in which absorption is absent near a wavelength of 1.06 mu m may be used.

우선, 이것들은 파장 1.06㎛ 부근에 흡수가 없다. 또한 4A 원소는 산화이트륨을 소결할 때의 안정화재로서 사용되고 있으므로, 본 발명의 산화테르븀을 포함하는 희토류 산화물에서의 안정화재로서도 유효하다. 칼슘은 이온성이 강하기 때문에, 반응 활성도가 높아, 희토류 산화물에 고용되기 쉽다. 이것들 이외의 원소는 파장 1.06㎛ 부근에 흡수가 보여지는 것, 또는 희토류 산화물과 고용되기 어렵기 때문에, 소결 조제로서 반응하지 않고, 단독으로 석출되어 버리는 것, 또는 활성도가 지나치게 높아, 결정립의 크기를 최적 범위로 할 수 없는 것, 또는 장기간에 있어서, 서서히 수분과 반응하여, 이 세라믹스가 흡습성을 나타내어 실투하는 것 등의 문제를 들 수 있다. First, they do not absorb near a wavelength of 1.06 mu m. Further, since the element 4A is used as a stabilizing fire when sintering yttrium oxide, it is also effective as a stable fire in a rare earth oxide containing terbium oxide of the present invention. Since calcium has strong ionicity, it has high reactivity and is liable to be dissolved in rare earth oxides. Elements other than these can not be reacted as sintering aids because they are absorbed in the vicinity of a wavelength of 1.06 mu m or are difficult to be solidified with rare earth oxides. Therefore, they are not precipitated singly or have an excessively high activity, There is a problem that it can not be made into an optimum range or that the ceramic reacts slowly with moisture in a long period of time to exhibit hygroscopicity and to be disappeared.

소결 조제로서는 이것들 중에서 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소가 바람직하다. 또한, 이들 원소를 소결 조제로서 넣는 경우에는, 산화물이 가장 바람직하지만, 불화물, 질화물, 탄화물이어도 상관없다. As the sintering aid, an element selected from titanium, zirconium, hafnium and calcium is preferable. When these elements are incorporated as sintering aids, oxides are most preferable, but fluorides, nitrides and carbides may be used.

또한 이들 원소를 소결 조제로서 넣는 양은 투명 세라믹스 전체의 0.001∼1질량%, 바람직하게는 0.01∼1질량%가 바람직하다. 이 범위 미만의 경우에는, 소결 조제로서 안정한 효과가 얻어지지 않고, 반대로 이 범위보다 큰 경우에는, 고용할 수 없어, 단독으로 석출되어 버려, 산란의 원인이 된다. The content of these elements as a sintering auxiliary agent is preferably 0.001 to 1% by mass, and more preferably 0.01 to 1% by mass, based on the total amount of the transparent ceramics. If it is less than this range, a stable effect as a sintering aid can not be obtained. On the other hand, if it is larger than the above range, it can not be solidified and precipitates singly and causes scattering.

본 발명의 세라믹스는 다결정이다. 그 평균 결정 입자 직경은 통상 0.5∼100㎛의 범위에 있고, 바람직하게는 1∼50㎛의 범위가 바람직하다. 평균 결정 입자 직경이 100㎛를 초과하는 경우에는, 입계부에 불순물이 석출되기 쉽고, 입자 내부나 입계부에 기포가 잔류하기 쉬워, 광산란의 원인이 될 뿐만 아니라, 열기계 특성이 뒤떨어지는 결점이 있다. 또한, 본 발명에서는, 평균 결정 입자 직경은 주사형 전자현미경 또는 광학현미경에 의한 관찰에 의해 임의의 시야에 있어서의 100개의 결정 입자의 장직경의 평균값이다. The ceramics of the present invention are polycrystals. The average crystal grain diameter is usually in the range of 0.5 to 100 mu m, preferably in the range of 1 to 50 mu m. If the average crystal grain diameter exceeds 100 탆, impurities are likely to precipitate in the grain boundary portion, bubbles tend to remain in the grain or the grain boundary portion, causing not only light scattering but also insufficient thermal mechanical properties have. In the present invention, the average crystal grain diameter is an average value of the long diameter of 100 crystal grains in an arbitrary field of view by observation with a scanning electron microscope or an optical microscope.

본 발명의 세라믹스는 두께 10mm의 시료의 두께 방향에 있어서, (1) 파장 1,000nm에서의 광 투과의 베이스라인에 있어서의 직선 투과율이 70% 이상(바람직하게는 72% 이상)이고, (2) 파장 600nm에서의 광 투과의 베이스라인에 있어서의 직선 투과율이 55% 이상, 바람직하게는 60% 이상(더욱 바람직하게는 65% 이상)인 것이 바람직하다. (1) the linear transmittance in the baseline of light transmission at a wavelength of 1,000 nm is 70% or more (preferably 72% or more), (2) It is preferable that the linear transmittance in the baseline of light transmission at a wavelength of 600 nm is 55% or more, preferably 60% or more (more preferably 65% or more).

상기 (1)의 직선 투과율이 70% 미만인 경우, 또는 상기 (2)의 직선 투과율이 55% 미만인 경우에는, 결정립 또는 입계에서의 광 산란이 대단히 크거나, 또는 결정립에서의 광 흡수가 대단히 커, 본 발명의 용도 등에 사용하는 것은 곤란하다. 또한, 본 발명에 있어서 「베이스라인」이란 파장-투과율의 투과 스펙트럼에서 소결 조제 또는 산화테르븀 등의 희토류 산화물의 흡수가 발현되는 경우에는, 그 흡수가 없는 것으로서, 외부 삽입한 투과 스펙트럼을 나타낸다. 본 발명에서는, 상기의 직선 투과율은 분광분석 장치「스펙트로메타, 상품명 U3500」(히타치세사쿠쇼(주)제)를 사용하고, 표면거칠기 Rms를 1nm 이하로 연마한 직경 6mmφ이고 두께 10mm의 시료를 사용하여, 빔 직경을 1∼3mmφ에서의 크기로, 측정하고 있다. When the linear transmittance of (1) is less than 70%, or when the linear transmittance of (2) is less than 55%, light scattering at crystal grains or grain boundaries is extremely large, or light absorption at crystal grains is very large, It is difficult to use for the purpose of the present invention. In the present invention, the term " baseline " means the absorption spectrum of the sintering aid or the rare-earth oxide such as terbium oxide when the absorption is expressed in the transmission spectrum of the wavelength-transmittance. In the present invention, a sample having a diameter of 6 mmφ and a thickness of 10 mm obtained by polishing a surface roughness Rms of 1 nm or less is used as the linear transmittance by using a spectrometer "Spectrometer, trade name U3500" (trade name, manufactured by Hitachi, , The beam diameter is measured in the size of 1 to 3 mm ?.

본 발명의 세라믹스는, 두께 10mm의 시료의 두께 방향에 있어서, (1) 파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에서, 삽입 손실이 1.2dB 이하, 특히 1dB 이하이며, (2) 파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에서, 소광비가 30dB 이상인 것이 바람직하다. (1) the insertion loss is 1.2 dB or less, particularly 1 dB or less, in a plane of 90% or more of the measurement plane at a wavelength of 1,065 nm, (2) the wavelength At 1,065 nm, the extinction ratio is preferably 30 dB or more within a plane of 90% or more of the measurement surface.

상기 (1)의 삽입 손실이 1.2dB을 초과하는 경우, 결정립 또는 입계에서의 광 산란이 대단히 크거나, 또는 결정립에서의 광 흡수가 대단히 커, 본 발명의 용도 등에 사용하는 것은 곤란한 경우가 있다. 상기 (2)의 소광비가 30dB 미만인 경우에는, 결정립 또는 입계에서의 복굴절이 대단히 커, 본 발명의 용도 등에 사용하는 것은 곤란한 경우가 있다. When the insertion loss of the above (1) exceeds 1.2 dB, the light scattering at the crystal grains or grain boundaries is very large, or the light absorption at the crystal grains is very large, so that it may be difficult to use for the purposes of the present invention. When the extinction ratio of (2) is less than 30 dB, the crystal grain or the birefringence at the grain boundaries is very large, so that it may be difficult to use it for the purposes of the present invention.

본 발명에서는, 상기의 삽입 손실은 이 세라믹스를 V 블록에 재치하고, 파장 1.065㎛의 수 mW의 코히어런트 광을 세라믹스에 대하여 수직으로 입사하고, 반도체 수광기에서 광 강도를 측정한다. 이 때, 이 세라믹스를 삽입하지 않는 경우의 광 강도를 베이스로 하고, 그것에 대한 광 강도의 저하를 dB 단위로 표현한 것이다. 또한, 표면거칠기 Rms를 1nm 이하, 표면의 평면도를 λ/4 이하, 양 단면의 평행도를 0.5° 이하로 연마한 직경 6mm이고 두께 10mm의 시료를 사용하고 있다. 또한 측정값은 양 단면의 표면반사를 포함한 것이다. In the present invention, the insertion loss is determined by placing the ceramics on a V block, coherent light of several mW at a wavelength of 1.065 mu m is incident perpendicularly to the ceramics, and light intensity is measured by a semiconductor light receiver. At this time, the light intensity when the ceramics are not inserted is used as a base, and the decrease in light intensity with respect to the light intensity is expressed in dB. A sample having a diameter of 6 mm and a thickness of 10 mm is used which has a surface roughness Rms of not more than 1 nm, a surface flatness of not more than? / 4, and a parallelism of both end faces of not more than 0.5 degrees. The measurement also includes surface reflections on both sides.

또한 세라믹스를 재치하고 있는 V 블록은 입사광에 대하여 수직 방향으로 이동할 수 있고, 이것에 의해, 세라믹스의 면 내 분포를 측정하는 것이 가능하다. 따라서 측정면의 90% 이상의 면 내 분포는 V자 블록을 직경의 95% 까지 이동하면서, 각 측정 포인트에서, 측정한 결과이다. Further, the V block on which the ceramics are mounted can move in the direction perpendicular to the incident light, and thereby the in-plane distribution of the ceramics can be measured. Therefore, the in-plane distribution of 90% or more of the measurement surface is the result of measurement at each measurement point while moving the V-shaped block to 95% of the diameter.

본 발명에서는, 상기의 소광비는 이 세라믹스를 V 블록에 재치하고, 재료에 대하여, 파장 1.065㎛의 수 mW의 0도 및 90도의 편광 코히어런트 광을 입사하고, 출사광을 편광자를 통과시켜 반도체 수광기에서 광의 강도를 측정하고, 최대값(Imax)과 최소값(Imin)으로부터, dB 단위로 표현한 것이다. 또한, 표면거칠기 Rms를 1nm 이하, 표면의 평면도를 λ/4 이하, 양 단면의 평행도를 0.5° 이하로 연마한 직경 6mm이고 두께 10mm의 시료를 사용하고 있다. 또한 세라믹스를 재치하고 있는 V 블록은, 입사광에 대하여, 수직 방향으로 이동할 수 있고, 이것에 의해, 세라믹스의 면 내 분포를 측정하는 것이 가능하다. 따라서 측정면의 90% 이상의 면 내 분포는 V자 블록을 직경의 95%까지 이동하면서, 각 측정 포인트에서, 측정한 결과이다. In the present invention, the above-mentioned extinction ratio is obtained by placing the ceramics on a V-block, applying 0-degree and 90-degree polarized coherent light of several mW with respect to the material to a wavelength of 1.065 탆, The intensity of the light is measured in the light receiver and expressed in units of dB from the maximum value (Imax) and the minimum value (Imin). A sample having a diameter of 6 mm and a thickness of 10 mm is used which has a surface roughness Rms of not more than 1 nm, a surface flatness of not more than? / 4, and a parallelism of both end faces of not more than 0.5 degrees. Further, the V block on which the ceramics are mounted can move in the vertical direction with respect to the incident light, whereby the in-plane distribution of the ceramics can be measured. Therefore, the in-plane distribution of 90% or more of the measurement surface is the result of measurement at each measurement point while moving the V-shaped block to 95% of the diameter.

또한 두께 10mm에서의 측정면의 90% 이상의 영역에서의 투과파면 측정시의 굴절률 분포가 파장 633nm에서 5×10-5 이내, 보다 바람직하게는 1×10-6∼2×10-5이다. 또한, 굴절률 분포는 후지샤신필름제 광간섭계 G102를 사용하여 파장 633nm에서의 샘플 투과파면을 측정함으로써 구할 수 있다. In addition, the refractive index distribution at the time of transmitting the wave front measurement at least 90% of the measured surface area at a thickness of 10mm at a wavelength of 633nm 5 × 10 -5 or less, and more preferably from 1 × 10 -6 ~2 × 10 -5 . The refractive index distribution can be obtained by measuring the sample transmission wavefront at a wavelength of 633 nm using a optical interferometer G102 manufactured by Fuji Photo Film.

투명 세라믹스의 제조 방법Manufacturing method of transparent ceramics

본 발명의 투명 세라믹스는 하기의 제 1∼제 3 중 어느 하나의 방법에 의한 것이 바람직하다. The transparent ceramics of the present invention is preferably formed by any one of the following first to third methods.

<제 1 방법> 고상 반응&Lt; First method > Solid phase reaction

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,A method for producing a transparent ceramics,

(1) (a) 산화테르븀,(1) (a) terbium oxide,

(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,(b) at least one oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides,

(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에 있어서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제(c) a sintering aid which does not precipitate the crystal other than the cubic crystal in the crystal structure of the terephthalate-based ceramics

를 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 각 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써 성형체를 얻는 제 1 공정,A first step of pulverizing and mixing each raw material powder having an average primary particle diameter of 30 to 2,000 nm and then molding to obtain a molded article,

(2) 상기 성형체를 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소함으로써 하소체를 얻는 제 2 공정,(2) a second step of calcining the shaped body at 200 to 1,000 DEG C in a non-oxidative or oxidative atmosphere to obtain a calcined body,

(3) 상기 하소체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,(3) a third step of obtaining a sintered body by firing the calcined body at 1,400 to 1,700 DEG C in a non-

(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정(4) Fourth step of obtaining the pressure-sintered body by pressure-baking the sintered body at a pressure of 19 to 196 MPa at 1,400 to 1,800 占 폚

을 포함하는 방법.&Lt; / RTI &gt;

<제 2 방법> 고상 반응&Lt; Second method > Solid phase reaction

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,A method for producing a transparent ceramics,

(1) (a) 산화테르븀,(1) (a) terbium oxide,

(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,(b) at least one oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides,

(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에 있어서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제(c) a sintering aid which does not precipitate the crystal other than the cubic crystal in the crystal structure of the terephthalate-based ceramics

를 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm인 각 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소한 분말을 성형함으로써 성형체를 얻는 제 1 공정,And a powder having a mean primary particle diameter of 30 to 2,000 nm is pulverized and mixed, and then calcined at 200 to 1,000 占 폚 in a non-oxidizing or oxidizing atmosphere to obtain a compact ,

(2) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 2 공정,(2) a second step of obtaining a sintered body by firing the molded body at 1,400 to 1,700 DEG C in a non-

(3) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 3 공정(3) a third step of pressurizing and firing the sintered body at a pressure of 19 to 196 MPa at 1,400 to 1,800 ° C to obtain a pressure-

을 포함하는 방법.&Lt; / RTI &gt;

<제 3 방법><Third Method>

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,A method for producing a transparent ceramics,

(1) (d) 테르븀 이온,(1) (d) terbium ions,

(e) 이트륨 이온, 스칸듐 이온 및 란타나이드 희토류 이온으로부터 선택되는 적어도 1종의 희토류 이온(e) at least one rare earth ion selected from yttrium ions, scandium ions and lanthanide rare earth ions

을 포함하는 수용액을 공침, 여과, 하소시킴으로써, 미리 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm의 혼합 분말을 제작하는 제 1 공정으로서, 상기 혼합 분말은 산화테르븀을 몰비로 40% 이상 포함함과 아울러, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 산화물을 포함하는 제 1 공정,And a calcining step of subjecting an aqueous solution containing the cerium oxide powder to coprecipitation, filtration and calcination to prepare a mixed powder having an average primary particle diameter of 30 to 2,000 nm in advance, wherein the mixed powder contains terbium oxide in a molar ratio of 40% , A yttrium oxide, a scandium oxide and a lanthanide rare earth oxide,

(2) 상기 혼합 분말과, 소결 조제로서 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써, 성형체를 얻는 제 2 공정,(2) a second step of grinding and mixing the mixed powder and an oxide, fluoride or nitride of an element selected from titanium, zirconium, hafnium and calcium as a sintering aid,

(3) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,(3) a third step of obtaining a sintered body by firing the molded body at 1,400 to 1,700 DEG C in a non-

(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정(4) Fourth step of obtaining the pressure-sintered body by pressure-baking the sintered body at a pressure of 19 to 196 MPa at 1,400 to 1,800 占 폚

을 포함하는 방법.&Lt; / RTI &gt;

상기 제 1 및 제 2 방법의 제 1 공정에서는 (a) 산화테르븀, (b) 파장 1.065㎛에서 흡수가 거의 없는(1% 이하의) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물, (c) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 사용하고, 이 경우 또한 평균 1차 입자 직경이 30∼2,000nm, 바람직하게는 100∼2,000nm인 원료분말을 사용하여, 이것들을 분쇄·혼합처리한다. 상기 (a)의 산화테르븀과 (b)의 산화물과의 몰비는, (a)의 산화테르븀이 40몰% 이상, 바람직하게는 40∼60몰%이며, (b)의 산화물은 잔부이다. (B) at least one selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides having little absorption (less than 1%) at a wavelength of 1.065 占 퐉 in the first step of the first and second methods; (C) a sintering aid which does not precipitate a crystal other than the cubic crystal in the crystal structure of the above-mentioned terebium oxide-based ceramics, and in this case also has an average primary particle diameter of 30 to 2,000 nm, 2,000 nm are used, and these are pulverized and mixed. The molar ratio of terbium oxide to the oxide of (b) is 40 mol% or more, preferably 40 to 60 mol%, and the oxide of (b) is the remainder.

산화테르븀은 공지의 제조 방법으로 조제된 것, 또는 시판품을 사용할 수 있지만, 일반적으로는, 화학식 Tb2O3이 아니고, Tb4O7이 많다. 따라서, Tb4O7으로서 원료를 사용하게 되는데, 1,000℃ 이상의 수소를 포함하는 고온 가스 분위기에서 환원 처리하거나, 1,000℃ 이상의 고온 대기 분위기에 보존하고나서 급냉하여, Tb2O3로 하고 나서 원료에 사용해도 된다. 산화테르븀의 순도는 99질량% 이상이 바람직하지만, 광학 용도로서 사용하기 위해서는 99.9질량% 이상이 바람직하다. Terbium oxide can be prepared by a known production method or a commercially available product, but in general, Tb 4 O 7 is used instead of Tb 2 O 3 . Therefore, the raw material is used as Tb 4 O 7. It is reduced in a high-temperature gas atmosphere containing hydrogen at 1,000 ° C. or higher, stored in a high-temperature atmosphere of 1,000 ° C. or higher, and then quenched to Tb 2 O 3 , May be used. The purity of terbium oxide is preferably 99% by mass or more, but is preferably 99.9% by mass or more for use in optical applications.

원료로서 사용하는 파장 1.065㎛에서 흡수가 거의 없는 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 또는 란타나이드 희토류 산화물의 순도도 99질량% 이상이 바람직하지만, 광학 용도로서 사용하기 위해서는, 99.9질량% 이상이 바람직하다. The purity of yttrium oxide, scandium oxide or lanthanide rare earth oxide which has little absorption at a wavelength of 1.065 μm used as a raw material is preferably 99% by mass or more, but 99.9% by mass or more is preferable for use in optical use.

상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정 구조의 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제로서는 티탄, 지르코늄, 하프늄 등의 4A족 원소, 칼슘, 그리고, 스칸듐, 이트륨, 파장 1.06㎛ 부근에 흡수가 보여지지 않는 란타나이드 원소를 들 수 있고, 특히 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘이 바람직하다. 이것들의 고순도의 것을 사용하기 위해서는, 산화물의 형태가 바람직하고, 또한, 순도도 99질량% 이상이 바람직하지만, 광학 용도로서 사용하기 위해서는 99.9질량% 이상이 바람직하다. 또한 이들 원소를 소결 조제로서 넣는 양은 0.001∼1질량%, 바람직하게는 0.01∼1질량%가 바람직하다. As a sintering aid which does not precipitate the crystal other than the cubic crystal structure of the above-mentioned crystal structure of the above-mentioned terephthalic ceramics, absorption is not observed in the 4A group element such as titanium, zirconium or hafnium, calcium, scandium or yttrium, Lanthanide element, and titanium, zirconium, hafnium and calcium are particularly preferable. In order to use these high purity ones, an oxide form is preferable, and a purity of 99% by mass or more is preferable, but 99.9% by mass or more is preferable for use in optical use. The content of these elements as a sintering auxiliary agent is preferably 0.001 to 1% by mass, and more preferably 0.01 to 1% by mass.

제 1 공정에서 사용하는 원료 분말의 1차 입자 직경은 30∼2,000nm, 바람직하게는 100∼2,000nm로 하고, 특히 200∼1,000nm로 하는 것이 바람직하다. 상기 1차 입자 직경이 30nm 미만인 경우에는, 핸들링이 곤란하며, 예를 들면, 성형이 어렵고, 압분체의 밀도가 낮아, 소결시의 수축율이 커, 크랙이 생기기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또한 상기 1차 입자 직경이 2,000nm를 초과하는 경우에는, 원료의 소결성이 부족하여, 고밀도이고 또한 투명한 소결체를 얻기 어렵다. 또한, 이 1차 입자 직경의 측정은 상기 평균 결정 입자 직경의 측정과 동일한 방법에 의해 행할 수 있다. The primary particle diameter of the raw material powder used in the first step is preferably 30 to 2,000 nm, more preferably 100 to 2,000 nm, and particularly preferably 200 to 1,000 nm. When the primary particle diameter is less than 30 nm, there is a problem that handling is difficult, for example, it is difficult to form, the density of the green compact is low, the shrinkage rate during sintering is large, and cracks tend to occur. When the primary particle diameter exceeds 2,000 nm, the sintering property of the raw material is insufficient, and it is difficult to obtain a high-density and transparent sintered body. The measurement of the primary particle diameter can be performed by the same method as the measurement of the average crystal grain diameter.

이들 각 성분을 혼합하는 경우에는, 포트밀 등의 일반적인 혼합·분쇄 매체를 사용함으로써 실시할 수 있다. 분쇄 매체는 부분 안정화 산화지르코늄 볼이 바람직하다. 이것은 지르코니아는 소결 조제로서도 사용할 수 있으므로, 지르코니아 볼로부터의 지르코니아의 혼입을 걱정할 필요가 없기 때문이다. When these components are mixed, they can be carried out by using a common mixing and grinding medium such as pot mill. The milling medium is preferably a partially stabilized zirconium oxide ball. This is because zirconia can also be used as a sintering aid and there is no need to worry about the incorporation of zirconia from the zirconia balls.

이 포트밀에, 원료 분말 및 소결 조제 이외에, 필요에 따라, 분산제, 바인더 등의 적어도 어느 하나를 가하고, 또한 용매로서 순수 또는 에탄올 등의 유기 용제를 사용하여, 수 시간∼십여 시간, 혼합을 행하면 된다. 또한, 분산제, 바인더로서는 이 종류의 세라믹스의 제조에 사용할 수 있는 것을 모두 사용할 수 있고, 예를 들면, 폴리아크릴산암모늄, 폴리카르복실산암모늄 등의 분산제, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 폴리비닐알코올 등의 바인더를 상용량 사용할 수 있다. When at least one of a dispersing agent and a binder is added to the pot mill in addition to the raw material powder and sintering auxiliary agent as required and the organic solvent such as pure water or ethanol is used as the solvent for mixing for several hours to a dozen hours do. As the dispersant and the binder, any of those which can be used for the production of this kind of ceramics can be used. Examples thereof include dispersants such as ammonium polyacrylate and ammonium polycarboxylate, and dispersants such as methylcellulose, ethylcellulose and polyvinyl alcohol Binders can be used in commercial quantities.

얻어진 슬러리는 스프레이드라이 장치에 의해, 용매 제거와 조립을 행함으로써 수십 ㎛의 과립을 성형한 후, 제작한 과립을, 소정의 금형에서 1차 성형, CIP(Cold Isostatic Press: 냉간 등방압 가공)법에 의한 2차 성형을 함으로써, 적합하게 성형체를 제작할 수 있다. The obtained slurry was granulated to a size of several tens of micrometers by solvent removal and granulation by a spray drier, and then the granules were subjected to primary molding in a predetermined mold, CIP (Cold Isostatic Press) method The molded body can be suitably manufactured.

여기에서, 제 1 방법에서는, 상기 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써 성형체를 얻고, 이 성형체를 200∼1,000℃에서 비산화성 또는 산화성 분위기에서 하소한 후, 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성하여 소성체를 얻는다. 한편, 제 2 방법에서는, 상기 분쇄·혼합 처리한 후, 200∼1,000에서 비산화성 또는 산화성 분위기하에 하소하고, 이 하소 분말을 성형함으로써 성형체를 얻고, 이 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성하여 소성체를 얻는다. 이 경우, 제 1 방법에 의하면, 하소함으로써 성형시에 사용한 바인더를 산화하여 제거할 수 있다고 하는 이점이 있고, 제 2 방법에 의하면, 비산화성 분위기하에서 소성함으로써 산화테르븀의 원자가수 변화를 억제할 수 있는 이점이 있다. In the first method, in the first method, the compact is subjected to the pulverization / mixing treatment and then molded to obtain a compact. The compact is calcined in a non-oxidizing or oxidizing atmosphere at 200 to 1,000 占 폚 and calcined at 1,400 to 1,700 占 폚 in a non- To obtain a sintered body. On the other hand, in the second method, after the pulverizing and mixing treatment, the calcined powder is calcined at 200 to 1,000 at a non-oxidizing or oxidizing atmosphere to obtain a compact, and the compact is calcined at 1,400 to 1,700 DEG C in a non- And fired to obtain a sintered body. In this case, according to the first method, there is an advantage that the binder used in the molding can be oxidized and removed by calcination. According to the second method, it is possible to suppress the change in atomic number of terbium oxide by firing in a non-oxidizing atmosphere There is an advantage.

상기 제 1 방법에 있어서, 성형체를 얻는 방법으로서는 금형을 사용하여 프레스 성형하고, 그 후 CIP(냉간 등방압 가압)법을 행함으로써 성형하는 방법을 채용할 수 있다. In the first method, as a method of obtaining a molded body, a method of molding by press molding using a metal mold and then CIP (cold isostatic pressing) method may be employed.

제 1 및 제 2 방법에서, 상기 하소는 200∼1,000℃, 보다 바람직하게는 400∼1,000℃, 더욱 바람직하게는 600∼1,000℃에서 행한다. 하소 분위기는 산화성 분위기 또는 비산화성 분위기로 할 수 있고, 산화성 분위기는 대기 중이면 되고, 비산화성 분위기는 진공(예를 들면, 102Pa∼10-5Pa), 환원 분위기, 불활성 가스 분위기로 할 수 있다. 하소 시간은 하소 온도에 따라 다르지만, 일반적으로는 60∼180분 정도로 하면 된다. In the first and second methods, the calcination is performed at 200 to 1,000 DEG C, more preferably 400 to 1,000 DEG C, and still more preferably 600 to 1,000 DEG C. The calcining atmosphere may be an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, and the oxidizing atmosphere may be in the atmosphere. The non-oxidizing atmosphere may be a vacuum (for example, 10 2 Pa to 10 -5 Pa), a reducing atmosphere, or an inert gas atmosphere . The calcination time varies depending on the calcination temperature, but it is generally about 60 to 180 minutes.

얻어진 하소 분말의 성형은 상기 제 1 방법에서 설명한 것과 동일한 방법으로 행할 수 있다. 또한 성형체를 소성하는 경우, 상기 성형체를, 1,400∼1,800℃, 바람직하게는 1,400∼1,600℃에서 소성함으로써 소성체를 얻는다. 소성 분위기는 산화테르븀 Tb4O7이 Tb2O3로 변화되는 분위기이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 진공 중, 환원 분위기 중, 불활성 가스 분위기 중 등의 어느 것이어도 된다. 또한 진공 중에 실시하는 경우에는 102Pa∼10-5Pa의 조건하로 할 수 있다. 소성 시간은 소성 온도에 따라 다르지만, 일반적으로는 30∼480분 정도 하면 된다. 이 공정에서는 소성체의 상대 밀도를 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상으로 하는 것이 바람직하다. The obtained calcination powder can be molded in the same manner as described in the first method. When the molded body is to be sintered, the sintered body is obtained by firing the molded body at 1,400 to 1,800 ° C, preferably 1,400 to 1,600 ° C. The firing atmosphere is not particularly limited as long as it is an atmosphere in which the terbium oxide Tb 4 O 7 is changed to Tb 2 O 3. For example, it may be in a vacuum, in a reducing atmosphere, or in an inert gas atmosphere. And in the case of carrying out in vacuum, it can be performed under the condition of 10 2 Pa to 10 -5 Pa. The firing time varies depending on the firing temperature, but generally it is about 30 to 480 minutes. In this step, the relative density of the sintered body is preferably 90% or more, more preferably 95% or more.

이어서, 상기 제 1 및 제 2 방법에서는, 얻어진 소성체를 1,400∼1,800℃에서 비산화성 분위기하에서 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는다. 가압 소성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, HP(Hot Press)법, HIP(Hot Isostatic Press)법 등의 어느 것이어도 된다. 특히, 본 발명에서는, 압력이 균일하게 걸림으로써 변형이 생기기 어려운 HIP법을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 압력 매체로서 아르곤 가스를 사용하고, 압력은 19∼196MPa의 범위 내에서, 1∼10시간, 특히 1∼5시간, 1,400∼1,800℃에서 가압 소성함으로써, 투명한 세라믹스를 얻을 수 있다. Next, in the first and second methods, the obtained fired body is pressure fired at 1,400 to 1,800 占 폚 in a non-oxidizing atmosphere to obtain a pressure fired body. The method of pressurizing and firing is not particularly limited and may be any of HP (Hot Press) method, HIP (Hot Isostatic Press) method, and the like. Particularly, in the present invention, the HIP method, which is less prone to deformation due to uniform pressure, can be suitably used. For example, transparent ceramics can be obtained by press-baking argon gas as a pressure medium at a pressure in the range of 19 to 196 MPa for 1 to 10 hours, particularly 1 to 5 hours, and 1,400 to 1,800 占 폚.

제 3 방법은 테르븀 이온과, 이트륨 이온, 스칸듐 이온 및 란타나이드 희토류 이온으로부터 선택되는 희토류 이온을 탄산수소염의 수용액을 암모니아에 의해 침전시키는 방법으로 공심시키고, 이것을 여과한 후, 얻어진 공침물을 상기 제 2 방법에서 설명한 것과 동일한 방법으로 하소시키고, 산화테르븀과, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 산화물을 포함하는 하소 혼합 분말을 얻는다. 이 경우, 혼합 분말은, 산화테르븀을 몰비로 40% 이상 포함하는 것이 필요하므로, 상기 수용액 중의 테르븀 이온은 이러한 몰비가 얻어지도록 조정, 함유시킨다. 또한 상기 혼합 분말의 평균 1차 입자 직경은 30∼2,000nm, 바람직하게는 30∼1,000nm, 특히 30∼800nm인 것이 바람직하다. The third method is a method in which terbium ions and rare earth ions selected from yttrium ions, scandium ions, and lanthanide rare earth ions are allowed to coexist by a method of precipitating an aqueous solution of hydrogencarbonate by ammonia, filtering the resultant, 2 method, calcined mixed powder comprising terbium oxide and an oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides is obtained. In this case, since the mixed powder needs to contain at least 40% of terbium oxide in a molar ratio, the terbium ion in the aqueous solution is adjusted and contained to obtain such a molar ratio. The average primary particle diameter of the mixed powder is preferably 30 to 2,000 nm, more preferably 30 to 1,000 nm, particularly preferably 30 to 800 nm.

이어서, 얻어진 혼합 분말을, 소결 조제로서 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물을 분쇄·혼합 처리한 후, 1,400∼1,700℃, 보다 바람직하게는 1,400∼1,600℃에서 비산화성 분위기하에 제 1 및 제 2 방법과 동일하게 소성하여, 소성체를 얻고, 또한 제 1 및 제 2 방법과 동일하게 하여 가압 소성체를 얻는 것이다. Next, the obtained mixed powder is pulverized and mixed with oxides, fluorides or nitrides of elements selected from titanium, zirconium, hafnium and calcium as a sintering aid, and is then fired at 1,400 to 1,700 ° C, more preferably at 1,400 to 1,600 ° C Firing is carried out in the same manner as in the first and second methods under a mild atmosphere to obtain a sintered body and a press sintered body is obtained in the same manner as in the first and second methods.

본 발명에서는, 필요에 따라 하기의 공정을 더욱 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 상기에서 얻어진 가압 소성체를, 산소를 포함하지 않는 분위기하에 1,500∼2,000℃에서 어닐링 한다. 이하 어닐링 공정이라고 한다. In the present invention, it is preferable to further carry out the following steps, if necessary. That is, the press fired body obtained above is annealed at 1,500 to 2,000 DEG C in an atmosphere containing no oxygen. Hereinafter, it is referred to as an annealing process.

가압 소성체를 얻는 공정을 거친 단계에서, 산화테르븀을 포함하는 세라믹스에서는, 하나는 테르븀의 원자가수가 모두 3가로 되어 있지 않고, 또한 그것에 수반된 결정 결함이 생겼을 가능성이 있고, 그것들이 원인이 되어 광 흡수를 일으켜 버리는 것을 생각할 수 있다. 또 하나는, 산화테르븀 단체에서는, 1,400∼1,600℃ 부근에서 입방정으로부터 단사정으로 상전이 하는 것으로 알려져 있다. 이 때문에, 소결시, 혹은 냉각시에, 단사정으로부터 입방정으로 상전이를 일으키지만, 이 상전이를 하지 않고, 단사정이 일부 남아버리면, 그 부분이 이상으로서 석출물이 되어, 산란의 원인이 된다. In the step of obtaining the pressure-fired sintered body, in the ceramics containing terbium oxide, there is a possibility that the number of valences of terbium is not all three and crystal defects accompanied therewith are generated, It is possible to consider absorption. The other is known that phase transition occurs from cubic to monoclinic at around 1,400 to 1,600 DEG C in the terbium oxide single crystal. Therefore, during sintering or cooling, a phase transition occurs from the monoclinic phase to the cubic phase. However, if the phase transition does not occur and a part of the monoclinic phase remains, the portion becomes an abnormal precipitate and causes scattering.

따라서, 이것들의 과제를 해결하기 위하여, 가압 소성체를, 산소를 포함하지 않는 분위기하에, 1,500∼2,000℃에서 어닐링 함으로써, 테르븀의 원자가수를 모두 3가로 하고, 어닐링 공정에서, 단사정으로부터 입방정으로 모두 상전이 시킨다. 어닐링 공정의 조건으로서, 어닐링 분위기는 산소를 포함하지 않는 분위기하이면 무엇이어도 되고, 예를 들면, 진공 중, 환원 분위기 중, 불활성 가스 분위기 중 등의 어느 것이어도 된다. 또한 진공 중에 실시하는 경우에는, 102Pa∼10-5Pa의 조건하로 할 수 있다. 어닐링 온도는 1,500∼2,000℃이지만, 바람직하게는 1,500∼1,800℃가 바람직하다. 또 어니링 시간은 어닐링 온도에 따라 다르지만, 일반적으로는 2∼100시간, 바람직하게는 10∼80시간이 바람직하다. 어닐링 후의 냉각시간은 크랙이 생기지 않는 시간이면 되고, 일반적으로는 2∼100시간, 바람직하게는 2∼50시간이 바람직하다. Therefore, in order to solve these problems, the pressurized and sintered body is annealed at 1,500 to 2,000 DEG C in an atmosphere containing no oxygen so that all of the terbium atoms are transposed in the annealing step, All phases are transformed. As a condition of the annealing process, the annealing atmosphere may be any atmosphere as long as it does not contain oxygen, for example, in vacuum, in a reducing atmosphere, or in an inert gas atmosphere. Further, in the case of carrying out in vacuum, it can be performed under the condition of 10 2 Pa to 10 -5 Pa. The annealing temperature is 1,500 to 2,000 deg. C, preferably 1,500 to 1,800 deg. The annealing time varies depending on the annealing temperature, but is generally 2 to 100 hours, preferably 10 to 80 hours. The cooling time after annealing may be any time during which cracks do not occur, and is generally 2 to 100 hours, preferably 2 to 50 hours.

이렇게 하여 얻어진 투명 세라믹스는 세라믹스 외주부에, 하소 공정, 소성 공정, 가압 소성 공정, 어닐링 공정에서, 가열한 히터로부터, 히터 재료인 카본, 텅스텐이나, 단열 재료인 알루미늄, 규소, 칼슘 등이 부착되고, 불순물로서 작용하고, 투명 세라믹스를 실투시키므로, 두께 방향의 양 단면을 화학적 에칭, 기계 연삭 또는 연마함으로써, 제거할 필요가 있다. In the transparent ceramics thus obtained, carbon, tungsten as a heater material, aluminum, silicon, calcium or the like as a heat insulating material are adhered from a heated heater to the outer peripheral portion of the ceramics in the calcining step, the sintering step, the pressure sintering step and the annealing step, It is necessary to remove both sides in the thickness direction by chemical etching, mechanical grinding or polishing since they act as impurities and allow the transparent ceramics to be devitrified.

화학 에칭은 산성 수용액이면, 염산, 질산, 황산, 인산 등의 무기산이어도, 말산, 시트르산 등의 유기산이어도 된다. 예를 들면, 염산의 경우에는, 60℃ 이상 가열하고, 외주면을 수백 ㎛ 에칭 제거할 수 있다. The chemical etching may be an inorganic acid such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid or the like or an organic acid such as malic acid or citric acid as long as it is an acidic aqueous solution. For example, in the case of hydrochloric acid, the outer circumferential surface can be etched away by several hundreds of 탆 by heating at 60 캜 or more.

기계 연삭의 경우, 외주면이면, 센터리스 연삭 장치이어도, 원통 연삭 장치이어도 되고, 양 단면이면, 평면 연삭 장치를 사용하여, 수백㎛∼수mm를 깎아도 된다. In the case of mechanical grinding, it may be a centerless grinding apparatus or a cylindrical grinding apparatus as long as it is an outer circumferential surface. If both end faces are used, a plane grinding apparatus may be used to reduce several hundreds of 탆 to several millimeters.

연마라면, 다이어 슬러리, SiC 슬러리 등을 사용하여 조연마하고나서, 콜로이달 실리카 등의 정밀연마를 행하여, 수백㎛∼수mm를 연마해도 된다. If polishing, diamond polishing may be carried out using diamond slurry, SiC slurry or the like, followed by precision polishing of colloidal silica or the like to polish several hundreds of micrometers to several millimeters.

이들 화학 에칭, 기계 연삭 또는 연마를 함으로써 광학 특성이 우수한 광학 소자를 형성할 수 있다. By performing these chemical etching, mechanical grinding or polishing, an optical element having excellent optical characteristics can be formed.

자기 광학 재료Magneto-optic material

본 발명의 산화물, 산화물 단결정 및 세라믹스는 자기 광학 재료 용도에 적합하다. 특히, 본 발명의 산화물, 산화물 단결정 및 세라믹스는 파장 0.9∼1.1㎛, 특히 파장 1,065nm의 광 아이솔레이터의 패러데이 회전자로서 적합하게 사용된다.The oxide, oxide single crystal and ceramics of the present invention are suitable for use in magneto-optical materials. Particularly, the oxide, oxide single crystal and ceramics of the present invention are suitably used as a Faraday rotator of an optical isolator having a wavelength of 0.9 to 1.1 탆, particularly a wavelength of 1,065 nm.

도 3은 패러데이 회전자를 광학 소자로서 갖는 광 디바이스인, 광 아이솔레이터의 1 예를 도시하는 단면 모식도이다. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical isolator, which is an optical device having a Faraday rotator as an optical element.

도 3에 있어서, 광 아이솔레이터(300)는 패러데이 회전자(310)를 구비하고, 이 패러데이 회전자(310)의 전후에는 편광 재료인 편광자(320) 및 검광자(330)가 구비되어 있다. 또한 광 아이솔레이터(300)는 편광자(320)-패러데이 회전자(310)-검광자(330)가 광축(312) 위에 이 순으로 배치되고, 그것들의 측면 중 적어도 1면에 자석(340)이 재치되고, 자석(340)은 하우징(350)의 내부에 수납되어 있는 것이 바람직하다. 3, the optical isolator 300 includes a Faraday rotator 310, and a polarizer 320 and an analyzer 330, which are polarizing materials, are provided on the front and rear sides of the Faraday rotator 310. The optical isolator 300 further includes a polarizer 320-Faraday rotator 310 -an analyzer 330 arranged in this order on the optical axis 312, and a magnet 340 is mounted on at least one side of the side surfaces of the polarizer 320- And the magnet 340 may be housed in the housing 350. [

또한 상기 아이솔레이터는 가공기용 파이버 레이저에 적합하게 사용된다. 즉, 레이저 소자로부터 출사된 레이저광의 반사광이 소자로 되돌아와, 발진이 불안정하게 되는 것을 방지하는데 적합하다. Further, the isolator is suitably used for a fiber laser for a processing machine. In other words, it is suitable to prevent the reflected light of the laser beam emitted from the laser element from returning to the element and making the oscillation unstable.

(실시예)(Example)

이하, 실시예 및 비교예를 제시하여 본 발명을 더욱 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[실시예 1∼63 및 비교예 1∼15][Examples 1 to 63 and Comparative Examples 1 to 15]

도 1에 도시된 방법에 따라, 표 1∼7(실시예) 및 표 8∼9(비교예)에 나타낸 원료 및 조건에서, 산화테르븀을 포함하는 희토류 산화물 투명 세라믹스를 각각 제조했다. 또한, 실시예 1∼9는 어닐링을 실시하지 않았다. According to the method shown in Fig. 1, rare-earth oxide transparent ceramics containing terbium oxide were respectively prepared from the raw materials and conditions shown in Tables 1 to 7 (Examples) and Tables 8 to 9 (Comparative Examples). In Examples 1 to 9, no annealing was performed.

각 원료 분말에 대하여, 소결 조제를 소정량 첨가하고, 또한 분산제 및 바인더로서 에틸셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 유효량 첨가한 후, 이것들을 포트밀로 혼합함으로써 혼합물을 얻었다. 이어서, 상기 혼합물을 스프레이드라이 함으로써, 입경 수십 ㎛의 과립을 얻었다. 상기 과립을 사용하고, 1차성형으로서 금형 성형을 행한 후, 2차성형으로서 CIP를 행함으로써 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체를 대기 중 200∼1,000℃로 하소한 후, 소정의 분위기 중 1,600∼1,800℃에서 소성(본소성)했다. 또한 얻어진 소성체를 HIP 처리를 행하고, 필요에 따라 어닐링 처리함으로써, 본 발명의 세라믹스(사이즈: 직경 6mmφ, 길이 10mm)를 얻었다. 얻어진 세라믹스의 물성을 각 표에 각각 나타낸다. A predetermined amount of a sintering auxiliary agent was added to each raw material powder, and an effective amount of ethyl cellulose and polyvinyl alcohol was added as a dispersant and a binder, and these were mixed by a pot mill to obtain a mixture. Subsequently, the mixture was spray-dried to obtain granules having a particle size of several tens of 탆. After the above granules were used for forming the mold as the primary molding, CIP was performed as the secondary molding to obtain a molded article. The obtained molded body was calcined at 200 to 1,000 占 폚 in the atmosphere, and then calcined (main calcination) at 1,600 to 1,800 占 폚 in a predetermined atmosphere. The obtained fired body was subjected to HIP treatment and, if necessary, annealing treatment to obtain the ceramics (size: 6 mm in diameter, 10 mm in length) of the present invention. The physical properties of the obtained ceramics are shown in the respective tables.

표 1∼표 9 중에 나타낸 "소결 후의 결정구조"는 광학현미경으로 관찰한 석출물을 EBSD 또는 TEM-XRD로 분석하여, 입방정뿐인지, 그것 이외의 상을 검출할 수 있었는지를 나타내고 있다. &Quot; Crystal structure after sintering " shown in Tables 1 to 9 indicates whether precipitates observed with an optical microscope were analyzed by EBSD or TEM-XRD to detect only cubic crystals and other phases.

표 1∼9에 나타낸 투과율 측정에서는, 샘플 두께를 10mm로 하고, 양면을 광학 연마하여 측정을 행했다. 삽입 손실에 대해서는, 마찬가지로 샘플 두께를 10mm로 하고, 양면을 광학 연마하여 측정을 행했다. 이 때 무반사 코트를 행하지 않았기 때문에, 반사 손실을 포함한다. 소광비에 대해서는, 마찬가지로 샘플 두께를 10mm로 하여 양면을 광학 연마하고, 편광 상태의 유무로, 측정을 행했다. In the transmittance measurement shown in Tables 1 to 9, the sample was optically polished on both sides with a thickness of 10 mm and measured. With respect to the insertion loss, measurement was carried out by optical polishing both surfaces with a sample thickness of 10 mm. Since no anti-reflective coating is performed at this time, reflection loss is included. With respect to the extinction ratio, both surfaces were optically polished with a sample thickness of 10 mm, and measurement was carried out with or without a polarization state.

가압 소결 및 어닐링 후의 샘플 치수는 직경 6mmφ, 길이 12mm로 하고, 외주 가공, 단면 가공에 대해서는, 외주를 2mm 가공하고, 또한 양 단면을 1mm씩 가공하고, 마무리 치수를, 직경 4mmφ, 길이 10mm가 되도록, 연삭, 연마, 에칭 등으로 가공했다. The sample dimensions after the pressure sintering and annealing were 6 mm in diameter and 12 mm in length and the outer periphery was processed to 2 mm and the both end faces were processed 1 mm each for the outer periphery processing and the end face processing so that the finishing dimensions were 4 mmφ in diameter and 10 mm in length. , Grinding, polishing, etching, and the like.

본 발명에 의하면, 평균 입자 직경, 특정 파장의 투과율, 삽입 손실, 소광비를 규정한 산화테르븀을 포함하는 산화물을 제작함으로써 가공기용 파이버 레이저에 사용하는 광 아이솔레이터의 고품질화를 제공할 수 있게 되었다. According to the present invention, it is possible to provide an optical isolator for use in a fiber laser for a processing machine by manufacturing an oxide including terbium oxide defining an average particle diameter, a transmittance of a specific wavelength, an insertion loss, and an extinction ratio.

또한, 도 2는, 사용 파장인 633nm와 1,065nm를 포함한 측정 파장과 투과율의 관계에 대하여, 「투명 세라믹의 투과율 측정 프로필」을 도시한 것이다. 각각의 곡선은 실시예 1 및 실시예 11의 투과율을 파장과의 관계에서 플롯한 것으로, 모두 사용 파장인 633nm와 1,065nm를 포함한 측정 파장 500∼1,500nm 사이에서는 50% 이상의 투과율을 나타내고 있고, 본 발명에서 지정한 파장 600nm 및 1,000nm에서는 투과율이 각각 55% 이상 및 70% 이상에 달하고 있는 것을 확인할 수 있다.Fig. 2 shows the &quot; transmittance measurement profile of transparent ceramics &quot; with respect to the relationship between the measurement wavelength and the transmittance including 633 nm and 1,065 nm, which are used wavelengths. The respective curves are plotted in terms of the transmittance of Examples 1 and 11 in relation to the wavelength. All transmittances show a transmittance of 50% or more at wavelengths between 500 and 1,500 nm including 633 nm and 1,065 nm, It can be confirmed that the transmittances at the wavelengths of 600 nm and 1,000 nm specified by the invention reach 55% or more and 70% or more, respectively.

Figure 112013091623010-pct00001
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Figure 112013091623010-pct00007
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Figure 112013091623010-pct00008
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Figure 112013091623010-pct00009
Figure 112013091623010-pct00009

300 광 아이솔레이터
310 패러데이 회전자
312 광축
320 편광자
330 검광자
340 자석
350 하우징
300 optical isolator
310 Faraday rotator
312 optical axis
320 polarizer
330 analyzer
340 magnets
350 housing

Claims (16)

투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,
(1) (a) 산화테르븀,
(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,
(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제
를 (a)의 산화테르븀(화학식: Tb2O3)과 (b)의 선택된 적어도 1종의 산화물의 몰비로서 (a)의 산화테르븀이 40∼60몰%,(b)의 산화물이 잔부가 되도록 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경 30∼2,000nm의 범위에서 평균 1차 입자 직경을 조정한 (a) 및 (b)의 원료 분말과 (c)의 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 성형함으로써, 성형체를 얻는 제 1 공정,
(2) 상기 성형체를 400∼1,000℃에서 산화성 분위기하에 하소함으로써 하소체를 얻는 제 2 공정,
(3) 상기 하소체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 3 공정,
(4) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃의 상기 소성 온도 이상의 온도에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.
A method for producing a transparent ceramics,
(1) (a) terbium oxide,
(b) at least one oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides,
(c) a sintering aid which does not precipitate the crystal other than the cubic crystal in the crystal structure of the terephthalate-based ceramics
(B) is 40 to 60 mol%, and the oxide of (b) is the remainder of the oxide of (b), in terms of molar ratio of terbium oxide (Tb 2 O 3 ) The raw material powder of (a) and (b) and the raw material powder of (c) in which the average primary particle diameter is adjusted in the range of the average primary particle diameter of 30 to 2,000 nm, A first step of obtaining a molded article,
(2) a second step of calcining the shaped body at 400 to 1,000 DEG C in an oxidizing atmosphere to obtain a calcined body,
(3) a third step of obtaining a sintered body by firing the calcined body at 1,400 to 1,700 DEG C in a non-
(4) A fourth method for producing a transparent ceramics characterized by comprising a fourth step of press-firing the sintered body at a temperature of 1400 to 1,800 占 폚 at a temperature of the firing temperature of 19 to 196 MPa to obtain a pressure-sintered body.
투명 세라믹스를 제조하는 방법에 있어서,
(1) (a) 산화테르븀,
(b) 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물,
(c) 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제
를 (a)의 산화테르븀(화학식: Tb2O3)과 (b)의 선택된 적어도 1종의 산화물의 몰비로서 (a)의 산화테르븀이 40∼60몰%,(b)의 산화물이 잔부가 되도록 함유하고, 또한 평균 1차 입자 직경 30∼2,000nm의 범위에서 평균 1차 입자 직경을 조정한 (a) 및 (b)의 원료 분말과 (c)의 원료 분말을 분쇄·혼합 처리한 후, 400∼1,000℃에서 산화성 분위기하에 하소한 분말을 성형함으로써 성형체를 얻는 제 1 공정,
(2) 상기 성형체를 1,400∼1,700℃에서 비산화성 분위기하에 소성함으로써 소성체를 얻는 제 2 공정,
(3) 상기 소성체를 1,400∼1,800℃의 상기 소성 온도 이상의 온도에서 19∼196MPa의 압력으로 가압 소성함으로써 가압 소성체를 얻는 제 3 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.
A method for producing a transparent ceramics,
(1) (a) terbium oxide,
(b) at least one oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxides,
(c) a sintering aid which does not precipitate the crystal other than the cubic crystal in the crystal structure of the terephthalate-based ceramics
(B) is 40 to 60 mol%, and the oxide of (b) is the remainder of the oxide of (b), in terms of molar ratio of terbium oxide (Tb 2 O 3 ) The raw material powder of (a) and (b) and the raw material powder of (c) in which the average primary particle diameter is adjusted in the range of the average primary particle diameter of 30 to 2,000 nm, A first step of obtaining a molded body by molding a calcined powder at 400 to 1,000 DEG C in an oxidizing atmosphere,
(2) a second step of obtaining a sintered body by firing the molded body at 1,400 to 1,700 DEG C in a non-
(3) a third step of pressurizing and firing the sintered body at a temperature of 1400 to 1,800 占 폚 at a temperature of the firing temperature or higher and a pressure of 19 to 196 MPa to obtain a pressure-
Wherein the transparent ceramics has a thickness of from about 1 to about 10 nm.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
가압 소성체를 얻은 후, 이것을 산소를 포함하지 않는 분위기하에 1,500∼2,000℃에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
And the resultant is annealed at 1,500 to 2,000 DEG C under an atmosphere containing no oxygen.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
(c) 소결 조제가 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스의 제조 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
(c) the sintering aid is an oxide, fluoride or nitride of an element selected from titanium, zirconium, hafnium and calcium.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 투명 세라믹스의 제조 방법으로 제조되고, 산화테르븀(화학식: Tb2O3)과, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물 및 란타나이드 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물과, 소결 조제로 이루어지는 세라믹스로서, 상기 산화테르븀과 상기 산화물의 총합을 몰비로 100몰%로 한 경우, 산화테르븀이 40∼60몰%이고, 잔부가 상기 산화물이며, 소결 조제의 함유량이 세라믹스 전체의 0.001∼1질량%인 산화테르븀계의 세라믹스에 있어서,
(1) 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조가 입방정 이외의 이상을 포함하지 않고,
(2) 평균 결정 입자 직경이 0.5∼100㎛의 범위에 있고,
(3) 상기 소결 조제로서 상기 산화테르븀계의 세라믹스의 결정구조에서 입방정 이외의 이상을 석출시키지 않는 소결 조제를 함유하는
것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
A process for producing transparent ceramics according to any one of claims 1 to 3, which comprises the steps of preparing terbium oxide (Tb 2 O 3 ), at least one oxide selected from yttrium oxide, scandium oxide and lanthanide rare earth oxide, Wherein the total amount of terbium oxide and the oxide is 100 mol%, the content of terbium oxide is 40 to 60 mol%, the remainder is the oxide, and the content of the sintering auxiliary is 0.001 To 1% by mass of terephthalate based ceramics,
(1) the crystal structure of the terephthalate-based ceramics does not contain any abnormality other than cubic crystal,
(2) the average crystal grain diameter is in the range of 0.5 to 100 mu m,
(3) The sintering aid as described in any one of (1) to (3) above, wherein the sintering aid contains a sintering aid which does not precipitate a crystal other than cubic one in the crystal structure of the above-
Lt; / RTI &gt;
제 5 항에 있어서, 소결 조제가 티탄, 지르코늄, 하프늄, 칼슘으로부터 선택되는 원소의 산화물, 불화물 또는 질화물인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.The transparent ceramics according to claim 5, wherein the sintering aid is an oxide, a fluoride or a nitride of an element selected from titanium, zirconium, hafnium and calcium. 제 5 항에 있어서,
두께 10mm의 시료의 두께 방향에서,
(1) 파장 1,000nm에서의 직선 투과율이 70% 이상이고,
(2) 파장 600nm에서의 직선 투과율이 55% 이상인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
6. The method of claim 5,
In the thickness direction of the sample having a thickness of 10 mm,
(1) a linear transmittance at a wavelength of 1,000 nm is 70% or more,
(2) The transparent ceramics characterized in that the linear transmittance at a wavelength of 600 nm is 55% or more.
제 5 항에 있어서,
파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에서의 단면의 반사 손실을 포함하는 삽입 손실이 1.2dB 이하인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
6. The method of claim 5,
Wherein an insertion loss including a reflection loss of a cross section in a plane of 90% or more of a measurement plane at a wavelength of 1,065 nm is 1.2 dB or less.
제 5 항에 있어서,
파장 1,065nm에서, 측정면의 90% 이상의 면 내에서의 소광비가 30dB 이상인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
6. The method of claim 5,
Wherein an extinction ratio in a plane of 90% or more of the measurement plane at a wavelength of 1,065 nm is 30 dB or more.
제 5 항에 있어서,
두께 10mm에서의 측정면의 90% 이상의 영역에서의 투과파면 측정시의 굴절률 분포가 파장 633nm에서 5×10-5 이내인 것을 특징으로 하는 투명 세라믹스.
6. The method of claim 5,
Wherein the refractive index distribution at the time of measurement of the transmitted wavefront in an area of 90% or more of the measurement surface at a thickness of 10 mm is within 5 10 -5 at a wavelength of 633 nm.
제 5 항에 기재된 투명 세라믹스를 사용하여 구성되어 있는 자기 광학 디바이스.A magneto-optical device comprising the transparent ceramics according to claim 5. 제 5 항에 기재된 투명 세라믹스가 패러데이 회전 소자로서 사용되는 자기 광학 디바이스.A magneto-optical device in which the transparent ceramics described in claim 5 is used as a Faraday rotation element. 제 12 항에 기재된 자기 광학 디바이스에서, 패러데이 회전 소자의 전후에 편광 재료를 구비하고 있는 파장 1,065nm의 파장 영역에서 사용되는 광 아이솔레이터용의 자기 광학 디바이스.A magneto-optical device for use in an optical isolator used in a wavelength region of 1,065 nm with a polarizing material before and after a Faraday rotator in the magneto-optical device according to claim 12. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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